一種銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種銅銦鎵硒薄膜太陽電池，自下至上依次包括：襯底、背電極、銅銦鎵硒吸收層、緩沖層、i?ZnO層、透明窗口層、減反射層和柵線電極，襯底位于背電極一面、背電極兩面、銅銦鎵硒吸收層與背電極接觸面的粗糙面相同，銅銦鎵硒吸收層另一面均方根粗糙度＜20nm，銅銦鎵硒吸收層的最厚厚度≤1μm，緩沖層包括第一Zn(O,S)緩沖層和第二ZnO緩沖層，透明窗口層包括第一石墨烯層、納米金屬層以及第二石墨烯層，減反射層包括第一二氧化硅層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化硅層。本發明在粗糙面背電極上制成≤1μm厚銅銦鎵硒薄膜，銅銦鎵硒薄膜另一面均方根粗糙度＜20nm，增加了光在吸收層中所經過的有效光程，在不損失太陽光的利用率的基礎上，大幅較少了稀有金屬資源的利用，既實現了對太陽光的有效利用，又大幅降低電池的生產成本，具有極其廣泛的應用前景。
【專利說明】
一種銅銦鎵砸薄膜太陽電池
技術領域
[0001]本發明屬于薄膜太陽電池制作技術領域，特別是涉及一種銅銦鎵砸薄膜太陽電池。
【背景技術】
[0002]21世紀人類面臨的最大課題是不僅有能源問題，還有環境問題，利用太陽能來解決全球性的能源和環境問題越來越受到人們的重視，各種太陽電池應運而生。在能源日益短缺與過度使用礦石燃料而造成全球暖化的危機中，太陽能光伏發電已成為各國優先考慮發展的潔凈能源。銅銦鎵砸(銅銦鎵砸)化合物太陽電池因轉換效率高、弱光發電性能好、穩定性好、無衰減等優點而成為最有希望的光伏器件之一。然而，由于電子產品需求量的不斷加大，對于各種稀有金屬的需求量也與日倶增，稀有金屬的價格日益上漲。在此大背景下，提高稀有金屬的利用率對于保護稀有金屬資源和降低電池生產成本來說都有巨大的意義。
[0003]銅銦鎵砸(CIGS)薄膜太陽電池中，吸收層是整個電池的核心部分，大部分光生載流子的輸運和收集工作是由吸收層(P型銅銦鎵砸層)所完成的。為了保證電池對光的充分吸收，大多將銅銦鎵砸吸收層的厚度制成1.5至2.5μπι;由于銅銦鎵砸均屬于貴重的稀有金屬資源，造成銅銦鎵砸薄膜太陽電池的制作成本難以下降。
【發明內容】
[0004]本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種在不損失太陽光的利用率的基礎上，較少銅銦鎵砸材料的使用，大幅降低電池制作成本的一種銅銦鎵砸薄膜太陽電池。
[0005]本發明包括如下技術方案:
[0006]—種銅銦鎵砸薄膜太陽電池，自下至上依次包括:襯底、背電極、銅銦鎵砸吸收層、緩沖層、1-ZnO層、透明窗口層、減反射層和柵線電極，其特點是:所述襯底位于背電極一面的均方根粗糙度為80-120nm、所述背電極的兩面均方根粗糙度均與位于襯底一面的背電極均方根粗糙度相同、所述銅銦鎵砸吸收層與背電極接觸的面與背電極面的均方根粗糙度相同、銅銦鎵砸吸收層另一面均方根粗糙度為20nm以下，銅銦鎵砸吸收層最厚部分的厚度為
<Iym，緩沖層包括第一Zn (O，S)緩沖層和第二ZnO緩沖層，透明窗口層包括第一石墨烯層、納米金屬層以及第二石墨烯層，減反射層包括第一二氧化硅層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化硅層。
[0007]本發明還可以采用如下技術措施:
[0008]所述背電極為雙層Mo結構，背電極最厚部分的厚度為600nm。
[0009]所述第一Zn(0，S)緩沖層為25nm厚的η型Zn(0，S)緩沖層，所述第二 ZnO緩沖層為50nm厚的η型ZnO緩沖層;所述1-ZnO層的厚度為50nm;所述第一石墨稀層、納米金屬層以及第二石墨稀層的厚度分別為150nm、50nm以及150nm;所述第一二氧化娃層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化娃層的厚度分別50nm、10nm以及50nm;所述柵線電極為2μηι厚的N1-Al ο
[0010]本發明具有的優點和積極效果:
[0011]本發明通過在粗糙面背電極上共蒸發形成的Ιμπι厚銅銦鎵砸薄膜，經腐蝕，形成表面均方根粗糙度為20nm以下的陷光結構的銅銦鎵砸吸收層，增加了光在吸收層中所經過的有效光程，在不損失太陽光的利用率的基礎上，大幅較少了稀有金屬資源的利用，既實現了對太陽光的有效利用，又大幅降低電池的生產成本，具有極其廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明銅銦鎵砸薄膜太陽電池結構示意圖。
[0013]圖中，1-襯底，2-背電極，3-銅銦鎵砸吸收層，4-緩沖層，5-1-ZnO層，6-透明窗口層，7-減反射層，8-柵線電極。
【具體實施方式】
[0014]為能進一步公開本發明的
【發明內容】
、特點及功效，特例舉以下實例并結合附圖進行詳細說明如下:
[0015]—種銅銦鎵砸薄膜太陽電池，自下至上依次包括:襯底、背電極、銅銦鎵砸吸收層、緩沖層、1-ZnO層、透明窗口層、減反射層和柵線電極，其特點是:所述襯底位于背電極一面的均方根粗糙度為80-120nm、所述背電極的兩面均方根粗糙度均與位于襯底一面的背電極均方根粗糙度相同、所述銅銦鎵砸吸收層與背電極接觸的面與背電極面的均方根粗糙度相同、銅銦鎵砸吸收層另一面均方根粗糙度為20nm以下，銅銦鎵砸吸收層最厚部分的厚度為< Iym，緩沖層包括第一Zn (O，S)緩沖層和第二ZnO緩沖層，透明窗口層包括第一石墨烯層、納米金屬層以及第二石墨烯層，減反射層包括第一二氧化硅層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化硅層。
[0016]所述背電極為雙層Mo結構，背電極最厚部分的厚度為600nm。
[0017]所述第一Zn(0，S)緩沖層為25nm厚的η型Zn(0，S)緩沖層，所述第二 ZnO緩沖層為50nm厚的η型ZnO緩沖層;所述1-ZnO層的厚度為50nm;所述第一石墨稀層、納米金屬層以及第二石墨稀層的厚度分別為150nm、50nm以及150nm;所述第一二氧化娃層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化娃層的厚度分別50nm、10nm以及50nm;所述柵線電極為2μηι厚的N1-Al ο
[0018]本發明的一種制作過程:
[0019]步驟1.制作一面為粗糙面的襯底
[0020]采用等離子體刻蝕機，設置功率為0.5kW，壓強為4X10_2pa，通過Ar2對鈦箔一面進行均方根粗糙度為10nm的等離子體刻蝕，作為一面為粗糙面的襯底I;
[0021]步驟2.在襯底的粗糙面上制作背電極
[0022]通過直流磁控濺射沉積系統在粗糙面襯底上沉積與襯底粗糙面的粗糙度相同、厚度為600nm的雙層Mo結構作為背電極2;
[0023]步驟3.在背電極的表面制作陷光結構銅銦鎵砸吸收層
[0024]將制有背電極的鈦箔清洗后放入真空室，采用傳統的共蒸發三步法在背電極上制作銅銦鎵砸吸收層;背電極上形成粗糙面銅銦鎵砸薄膜，采用濃度為1.5mol/L的NaOH溶液，腐蝕溫度為85°C的腐蝕堿液對銅銦鎵砸薄膜表明層進行腐蝕處理，直至銅銦鎵砸薄膜表面的均方根粗糙度為20nm以下的，形成厚度為Ιμπι的陷光結構銅銦鎵砸吸收層3;
[0025]步驟4.制作銅銦鎵砸薄膜太陽電池
[0026]在陷光結構銅銦鎵砸吸收層上面自下至上依次制作緩沖層4、1-ZnO層5、透明窗口層6、減反射層7和柵線電極8，其中緩沖層包括25nm厚的η型第一 Zn(0，S)緩沖層和50nm厚的η型第二 ZnO緩沖層，所述1-ZnO層的厚度為50nm，透明窗口層包括厚度分別為150nm、50nm以及150nm的第一石墨稀層、納米金屬層以及第二石墨稀層，減反射層包括厚度分別50nm、10nm以及50nm第一二氧化硅層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化硅層，所述柵線電極為2μm厚的N1-Al，完成如圖1所示本發明一種銅銦鎵砸薄膜太陽電池的制作過程。
[0027]本發明的另一種制作過程:
[0028]步驟1.制作一面為粗糙面的襯底
[0029]采用等離子體刻蝕機，設置功率為lkW，壓強為5X 10_2pa，通過Ar2對不銹鋼箔一面進行均方根粗糙度為10nm的等離子體刻蝕，作為一面為粗糙面的襯底I;
[0030]步驟2.在襯底的粗糙面上制作背電極
[0031 ]通過直流磁控濺射沉積系統在粗糙面襯底上沉積與襯底粗糙面的粗糙度相同、厚度為600nm的雙層Mo結構作為背電極2;
[0032]步驟3.在背電極的表面制作陷光結構銅銦鎵砸吸收層
[0033]將制有背電極的鈦箔清洗后放入真空室，采用傳統的共蒸發三步法在背電極上制作銅銦鎵砸吸收層;背電極上形成粗糙面銅銦鎵砸薄膜，采用濃度為1.5mol/L的NaOH溶液，腐蝕溫度為85°C的腐蝕堿液對銅銦鎵砸薄膜表明層進行腐蝕處理，直至銅銦鎵砸薄膜表面的均方根粗糙度為20nm以下的，形成厚度為Ιμπι的陷光結構銅銦鎵砸吸收層3;
[0034]步驟4.制作銅銦鎵砸薄膜太陽電池
[0035]在陷光結構銅銦鎵砸吸收層上面自下至上依次制作制作緩沖層4、i_ZnO層5、透明窗口層6、減反射層7和柵線電極8，其中緩沖層包括25nm厚的η型第一Zn(0，S)緩沖層和50nm厚的η型第二ZnO緩沖層，所述1-ZnO層的厚度為50nm，透明窗口層包括厚度分別為150nm、50nm以及150nm的第一石墨稀層、納米金屬層以及第二石墨稀層，減反射層包括厚度分別50nm、10nm以及50nm第一二氧化娃層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化娃層，所述柵線電極為2μπι厚的N1-Al，完成如圖1所示本發明一種銅銦鎵砸薄膜太陽電池的制作過程。
[0036]盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式。這些均屬于本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種銅銦鎵砸薄膜太陽電池，自下至上依次包括:襯底、背電極、銅銦鎵砸吸收層、緩沖層、1-ZnO層、透明窗口層、減反射層和柵線電極，其特征在于:所述襯底位于背電極一面的均方根粗糙度為80-120nm、所述背電極的兩面均方根粗糙度均與位于襯底一面的背電極均方根粗糙度相同、所述銅銦鎵砸吸收層與背電極接觸的面與背電極面的均方根粗糙度相同、銅銦鎵砸吸收層另一面均方根粗糙度為20nm以下，銅銦鎵砸吸收層最厚部分的厚度為<Iym，緩沖層包括第一Zn (O，S)緩沖層和第二ZnO緩沖層，透明窗口層包括第一石墨烯層、納米金屬層以及第二石墨烯層，減反射層包括第一二氧化硅層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化硅層。2.根據權利要求1所述的一種銅銦鎵砸薄膜太陽電池，其特征在于:所述背電極為雙層Mo結構，背電極最厚部分的厚度為600nm。3.根據權利要求1所述的一種銅銦鎵砸薄膜太陽電池，其特征在于:所述第一Zn(0，S)緩沖層為25nm厚的η型Zn(0，S)緩沖層，所述第二 ZnO緩沖層為50nm厚的η型ZnO緩沖層;所述1-ZnO層的厚度為50nm;所述第一石墨烯層、納米金屬層以及第二石墨烯層的厚度分別為150]11]1、50111]1以及150111]1;所述第一二氧化娃層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化娃層的厚度分別50]1111、100111]1以及5011111;所述柵線電極為241]1厚的附-八10
【文檔編號】H01L31/0224GK105870214SQ201610237968
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月14日
【發明人】董友強
【申請人】董友強